單純皰疹病毒Ⅰ型感染的天然免疫反應(yīng)及其逃逸機制

張晶晶，李琦涵

中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 醫(yī)學(xué)生物學(xué)研究所，云南省重大傳染病疫苗研發(fā)重點實驗室，云南昆明650118

單純皰疹病毒Ⅰ型（Herpes simplex virus typeⅠ，HSV-1）是一類線性雙鏈DNA病毒，已經(jīng)與人類宿主共同進化了數(shù)百萬年。HSV-1進入機體后，可引發(fā)原發(fā)感染、潛伏感染和復(fù)發(fā)感染3種類型，原發(fā)感染可引起口腔唇部皰疹、皰疹性角膜炎和腦炎等疾病[1-3]，病毒可沿感染部位的神經(jīng)末梢逆軸突方向入侵感覺神經(jīng)組織，并在神經(jīng)細(xì)胞中進行潛伏性感染[4]。

機體應(yīng)對HSV感染的免疫應(yīng)答由固有免疫系統(tǒng)和適應(yīng)性免疫系統(tǒng)組成，宿主的抗病毒天然免疫反應(yīng)是抵御病原體感染的第一道防線[5]，同時，CD8+T細(xì)胞在適應(yīng)性免疫過程中也起至關(guān)重要的作用[6-8]。在抗病毒感染過程中，宿主細(xì)胞表面的模式識別受體（pattern recognition receptors，PRRs）可以識別病原體相關(guān)分子模式（pathogenassociated molecular patterns，PAMPs）來啟動宿主的天然免疫應(yīng)答[9]，參與其中的模式識別受體主要有 Toll樣受體（Toll-like receptors，TLRs）、NOD樣受體（NOD-like receptors，NLRs）和視黃酸誘導(dǎo)基因Ⅰ樣受體（retinoic acid-inducible geneⅠ，RIG-Ⅰ-like receptors，RLRs）等，但在固有免疫應(yīng)答過程中也有相應(yīng)的蛋白及基因參與其中，如環(huán)狀GMP-AMP合成酶（cyclic GMP-AMP synthase，cGAS）和γ干擾素誘導(dǎo)蛋白16（interferon-gammainducible protein 16，IFI16）等[10-15]，同時也有許多細(xì)胞類型，如自然殺傷（natural killer，NK）細(xì)胞、樹突狀細(xì)胞（dendritic cells，DCs）、漿細(xì)胞樣樹突狀細(xì)胞（plasmacytoid dendritic cells，pDCs）和巨噬細(xì)胞等在機體的抗病毒感染過程中發(fā)揮重要作用[16]。但病毒針對機體的天然免疫反應(yīng)也進化出不同的免疫逃逸策略，HSV-1復(fù)制過程中的基因產(chǎn)物在逃逸宿主的抗病毒天然免疫反應(yīng)中起重大作用。因此，我們就HSV-1感染的天然免疫反應(yīng)及病毒基因產(chǎn)物如何逃逸宿主的抗病毒免疫反應(yīng)做簡要綜述，為今后HSV-1疫苗的研發(fā)提供理論依據(jù)。

1 模式識別受體介導(dǎo)的固有免疫反應(yīng)

1.1 DNA識別受體介導(dǎo)的抗病毒天然免疫

胞內(nèi)的DNA識別受體在宿主抗病毒感染過程中發(fā)揮重要作用。常見的胞內(nèi)DNA識別受體如DNA依賴的干擾素調(diào)節(jié)因子激活物（DNA-dependent activator of IFN-regulatory factors，DAI）[17-19]、IFI16[20-22]、RNA解旋酶Ⅲ、DEAD盒解旋酶41（DEAD-box helicase 41，DDX41）[23-24]和 cGAS[21]等能夠在胞內(nèi)特異性識別病毒DNA，然后激活宿主的天然免疫應(yīng)答和誘導(dǎo)干擾素產(chǎn)生來清除病毒。HSV-1在感染神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞時，其復(fù)制產(chǎn)生基因組DNA被DAI識別后進而激活下游效應(yīng)分子，隨后激活NF-κB、干擾素調(diào)節(jié)因子（interferon regulatory factor，IRF）IRF3和IRF7等，同時胞質(zhì)中的RNA聚合酶Ⅲ能將病毒DNA轉(zhuǎn)錄成雙鏈RNA并通過干擾素β啟動刺激因子1（IFN-β promoter stimulator 1，IPS-1）和STING激活轉(zhuǎn)錄因子，誘導(dǎo)產(chǎn)生Ⅰ型IFN，抑制HSV-1的復(fù)制[25]。IFI16可以結(jié)合HSV-1基因組DNA抑制病毒轉(zhuǎn)錄，同時增強PML-NBs（PML nuclearbodies）與基因組的結(jié)合，IFI16還可以通過凋亡相關(guān)蛋白ASC（apoptosis-associated speck-like protein containing a CARD）來介導(dǎo)炎癥反應(yīng)[26-27]，發(fā)揮抗病毒的免疫應(yīng)答[28]。研究表明，HSV-1感染后可以誘發(fā)線粒體應(yīng)激，線粒體DNA釋放到細(xì)胞質(zhì)中，被cGAS識別后催化ATP和 GTP形成 2'，3'-cGAMP，導(dǎo)致合成cGAMP的活化位點暴露[29]，可激活下游STING，依賴于STING-TBK1信號通路誘導(dǎo)干擾素產(chǎn)生[30-32]。DDX41是DExD-H解旋酶家族成員，在天然免疫中發(fā)揮重要作用，它能夠在樹突狀細(xì)胞胞漿中通過模式識別受體識別外源雙鏈DNA和結(jié)合STING蛋白，誘導(dǎo)轉(zhuǎn)錄因子NF-κB及IRF3活化，從而介導(dǎo)Ⅰ型IFN產(chǎn)生[33]。RNA聚合酶Ⅲ是一種由多個基因編碼的蛋白，能夠?qū)⒉《綝NA轉(zhuǎn)錄成被RIG-Ⅰ識別的配體，然后激活RLR信號通路和編碼Ⅰ型干擾素基因的轉(zhuǎn)錄，誘導(dǎo)機體產(chǎn)生干擾素，引起免疫應(yīng)答[34]。

1.2 TLRs介導(dǎo)的抗病毒天然免疫

細(xì)胞對于病原微生物的識別并介導(dǎo)特異性天然免疫反應(yīng)在很大程度上依賴于一個蛋白受體家族TLRs，它能夠激活不同的信號通路，誘導(dǎo)促炎細(xì)胞因子和共刺激分子的產(chǎn)生。TLRs是比較保守的Ⅰ型跨膜蛋白家族[35]，它可以作為受體特異性識別病原[36]。TLRs的模式識別可以介導(dǎo)一些細(xì)胞信號通路，誘導(dǎo)產(chǎn)生IL-1、IL-6、IL-8、IL-12、TNF-α及IFNs等細(xì)胞因子，引起粒細(xì)胞、巨噬細(xì)胞的趨化聚集，引發(fā)炎癥反應(yīng)，從而誘導(dǎo)機體產(chǎn)生抗病毒的天然免疫應(yīng)答。目前已發(fā)現(xiàn)的TLRs至少有10個，在參與機體的抗HSV-1感染過程中發(fā)揮至關(guān)重要的作用，TLR2[37]、TLR3[38]、TLR4和TLR9參與宿主細(xì)胞對HSV-1的識別。研究表明，經(jīng)鼻腔進行HSV-1感染缺乏TLR銜接子蛋白髓樣分化因子88（myeloid differentiation factor 88，MyD88）的小鼠可致100%的死亡率，這表明通過TLRs進行的先天免疫在HSV-1感染過程中起重要作用[39-40]。HSV-1感染宿主細(xì)胞過程中，病毒表面的糖蛋白gH、gL和gB[39,41]可以和TLR2相互作用，激活NF-κB信號通路，誘導(dǎo)炎癥因子的表達。在HSV-1復(fù)制過程中，樹突狀細(xì)胞中的TLR3能夠識別病毒的雙鏈RNA，激活下游信號通路，誘導(dǎo)干擾素產(chǎn)生，發(fā)揮機體的抗病毒免疫應(yīng)答；除TLR3外，TLR9也能夠識別雙鏈DNA，通過MyD88、白細(xì)胞介素1受體相關(guān)激酶（interleukin-1 receptor-associated kinase，IRAK）IRAK1和IRAK4形成復(fù)合物來誘導(dǎo)Ⅰ型干擾素產(chǎn)生，在缺失TLR9的情況下，感染HSV-1后神經(jīng)系統(tǒng)的病毒載量或總生存率均沒有變化[42]，說明TLR9在抗病毒免疫應(yīng)答中發(fā)揮重要作用[43-45]。

1.3 RLRs介導(dǎo)的抗病毒天然免疫

模式識別受體中的RIG-Ⅰ樣受體在病毒感染后激活天然免疫抗病毒過程中起重要作用，主要成員有RIG-Ⅰ和黑素瘤分化相關(guān)基因5（melanoma differentiation associated gene 5，MDA5）[46]。RIG-Ⅰ樣受體家族分布于細(xì)胞質(zhì)中，主要識別細(xì)胞質(zhì)中的病毒成分[47]。HSV-1入侵宿主細(xì)胞后,促進細(xì)胞5S rRNA假基因141（RNA5SP141）的轉(zhuǎn)錄產(chǎn)物從細(xì)胞核轉(zhuǎn)移至細(xì)胞質(zhì)，被胞質(zhì)中的RIG-Ⅰ識別，RIG-Ⅰ和MDA5就會通過其解旋酶結(jié)構(gòu)域識別并結(jié)合這些病毒RNA。RIG-Ⅰ主要識別結(jié)合短鏈和5′-三磷酸RNA，而MDA5主要識別結(jié)合長鏈RNA[48-49]。RNA被識別后，信號傳遞到下游的線粒體抗病毒信號蛋白（mitochondrial antiviral signaling protein，MAVS），RNA 和 MAVS N 端CARD相互作用，招募TANK結(jié)合激酶1和NF-κB抑制蛋白激酶ε，誘導(dǎo)NF-κB轉(zhuǎn)錄因子的活化，從而產(chǎn)生干擾素和炎癥因子。

2 固有免疫細(xì)胞的抗病毒免疫應(yīng)答

機體抗病毒免疫過程中，除了宿主細(xì)胞表面的模式識別受體介導(dǎo)產(chǎn)生Ⅰ型IFN外，固有免疫細(xì)胞在抗病毒感染中也發(fā)揮作用。

2.1 自然殺傷細(xì)胞的抗病毒免疫應(yīng)答

NK細(xì)胞作為先天免疫系統(tǒng)的一部分，在識別和最終快速清除感染病毒的細(xì)胞中發(fā)揮重要作用。NK細(xì)胞的激活不僅依賴于細(xì)胞因子的分泌或直接作用于靶細(xì)胞的細(xì)胞溶解[50]，還依賴于通過激活胚系編碼細(xì)胞和配體的抑制受體的整合信號。有研究表明，NK細(xì)胞的增殖和活化離不開 IL-2、IL-12、IL-15、IL-18 等細(xì)胞因子[51-53]。NK細(xì)胞在識別病毒感染靶細(xì)胞時，先和靶細(xì)胞建立一個免疫突觸，然后分泌穿孔蛋白和顆粒酶B，穿孔蛋白在靶細(xì)胞中形成一個孔道，允許顆粒酶B釋放，然后激活多個凋亡通路，最后集中在Caspase-3上導(dǎo)致靶細(xì)胞的凋亡[54]，顆粒酶B的作用在腺病毒的研究過程中已經(jīng)得到證實[55]。IL-18在NK細(xì)胞的快速激活中起關(guān)鍵作用，從而控制鼻內(nèi)感染HSV-1后肺部的早期復(fù)制[52]，同時研究表明，NK細(xì)胞能夠保護C57BL/6小鼠不受HSV-1的感染，NK細(xì)胞和T細(xì)胞缺陷小鼠感染HSV-1后出現(xiàn)死亡，而僅T細(xì)胞缺陷的小鼠則沒有[56-57]，同時NK細(xì)胞缺乏的患者可能會導(dǎo)致嚴(yán)重的甚至致命的HSV-1感染[58-59]。研究表明HSV-1編碼的糖蛋白，如gB、gC、gD和gH/gL可以激活NK細(xì)胞介導(dǎo)的細(xì)胞抗病毒免疫[60]，因此NK細(xì)胞在抗HSV-1感染過程中發(fā)揮第一道防線作用。

2.2 樹突狀細(xì)胞的抗病毒免疫應(yīng)答

DCs是目前發(fā)現(xiàn)的功能最強大的抗原呈遞細(xì)胞，能夠顯著刺激初始T細(xì)胞的增殖，在免疫系統(tǒng)中發(fā)揮重要作用。DCs對HSV的識別促進了不同類型抗病毒細(xì)胞因子的分泌以及IFN-α/β的釋放，從而產(chǎn)生了有效的抗病毒作用，如早期阻斷HSV基因表達從而阻斷病毒從感染細(xì)胞中釋放。病毒感染樹突狀細(xì)胞后會通過下調(diào)細(xì)胞FLICE樣抑制蛋白[61]進行凋亡或被成熟的樹突狀細(xì)胞吞噬，在成熟的樹突狀細(xì)胞中被處理并呈現(xiàn)給適應(yīng)性免疫細(xì)胞[62]。研究表明DCs可以直接或間接分泌炎性細(xì)胞因子來激活NK細(xì)胞[63-64]，感染沒有DCs的小鼠發(fā)現(xiàn)體內(nèi)激活NK細(xì)胞的水平顯著降低并在感染后數(shù)天死亡[65]。其中，pDC是一群來源于淋巴樣干細(xì)胞的DCs亞型，主要功能是通過TLR7和TLR9活化并快速釋放大量IFN-α/β參與抗病毒免疫應(yīng)答。有研究證明野生型HSV-1誘導(dǎo)pDC表面受體參與細(xì)胞的趨化、成熟、遷移、細(xì)胞毒性等[57]，提示pDC在HSV-1感染中具有很強的抗病毒活性[66]，一些研究團隊證明了pDCs在HSV黏膜感染中起作用，pDC可以通過TLR9識別HSV-1和HSV-2[67-68]，并且在小鼠模型和人類中均會因HSV-1感染而產(chǎn)生大量IFN-α[69]。研究表明pDC的缺失似乎并不影響局部HSV-1感染的抗病毒反應(yīng)，反而在系統(tǒng)性感染HSV-1后，對Ⅰ型IFN的產(chǎn)生、NK細(xì)胞的激活和CD8+T細(xì)胞的反應(yīng)起重要作用[70]。因此，有關(guān)DCs的抗病毒免疫機制以及不同亞群的DCs在抗病毒過程中的先天免疫有待進一步研究。

2.3 其他類型細(xì)胞的抗病毒免疫應(yīng)答

巨噬細(xì)胞具有多種免疫功能，包括吞噬細(xì)胞功能、腫瘤細(xì)胞毒性、細(xì)胞因子的分泌和抗原的表達等，在HSV-1感染機體時，巨噬細(xì)胞在感染的最初幾小時內(nèi)就具有了抗皰疹作用[71]。巨噬細(xì)胞是在三叉神經(jīng)節(jié)中通過誘導(dǎo)型一氧化氮合酶（iNOS）以及激活TLR2和TLR9來對HSV-1感染起到控制作用[72]。除了巨噬細(xì)胞之外，肥大細(xì)胞在抗HSV-1感染中也起重要作用。肥大細(xì)胞主要駐留在和眼睛相關(guān)的淋巴組織中，如淚腺、結(jié)膜等，肥大細(xì)胞缺乏的小鼠對HSV-1感染更敏感，表現(xiàn)出更大的角膜水腫[73]，因此，肥大細(xì)胞可看作是角膜HSV-1感染的先天哨兵，參與眼部HSV-1感染的先天免疫應(yīng)答。

3 HSV-1的免疫逃逸

HSV-1同人類宿主共同進化了約600萬年，人類和HSV已經(jīng)成功地建立了平衡，在這種平衡下，病毒可以潛在感染并在宿主生物的整個生命周期中持續(xù)存在。在HSV感染后，機體的天然免疫機制被激活，相應(yīng)地，HSV便進化出了抵抗機體免疫應(yīng)答的反應(yīng)機制。

糖蛋白C通過與硫酸肝素或硫酸軟骨素結(jié)合，介導(dǎo)病毒粒子與細(xì)胞的黏附。糖蛋白C有2個參與調(diào)節(jié)補體激活的域，一個域與C3結(jié)合，另一個域用于阻斷C5和裂解素與C3的結(jié)合，從而阻斷經(jīng)典補體途徑和替代補體途徑[74-75]。糖蛋白E和糖蛋白G在促進HSV-1胞間傳播中也發(fā)揮了不同的作用。這些糖蛋白與IgG的Fc區(qū)結(jié)合，阻斷HSV-1被抗體中和及抗體依賴細(xì)胞毒性和吞噬作用[76-77]。另外，HSV-1感染后期表達的一種蛋白激酶US3能使KIF3磷酸化并下調(diào)CD1d的表達，從而抑制NK細(xì)胞的功能[78]；UL41的晚期編碼產(chǎn)物病毒粒子宿主關(guān)閉蛋白（Vhs）促進參與抗病毒免疫的基礎(chǔ)細(xì)胞蛋白的丟失，如TNF受體1[79]和IFI16[80]。皮層蛋白 UL46、UL36、UL24 和 VP22 在HSV-1拮抗宿主抗病毒免疫應(yīng)答中起重要作用。UL46可能通過干擾STING的功能來逃逸宿主抗病毒免疫應(yīng)答[23]；VP22主要通過cGAS的酶活性，從而阻礙DNA受體識別信號通路來抑制IFN-β的產(chǎn)生[81]；UL36泛素特異蛋白酶通過特異性靶向結(jié)合Ⅰ型干擾素受體亞單位IFNAR2，干擾JAK1和IFNAR2的結(jié)合，從而拮抗Ⅰ型干擾素介導(dǎo)的抗病毒天然免疫信號通路[82]；UL24通過抑制NF-κB的激活來破壞DNA感應(yīng)信號通路[83]；病毒蛋白VP16能和IRF3結(jié)合并阻斷CBP（CREB binding protein）共激活因子的募集，從而阻斷IRF3信號通路[84]。

4 結(jié)語

綜上所述，HSV的免疫應(yīng)答涉及識別病毒成分并靶向和裂解病毒感染細(xì)胞的多種機制。HSV-1同人類進化了數(shù)百萬年，人類與HSV-1也成功建立了平衡，抗病毒感染過程中機體的免疫應(yīng)答也促使HSV-1進化出了相應(yīng)的免疫逃逸機制。因此，了解HSV-1的發(fā)病機制、機體的抗病免疫機制及免疫逃逸機制，將為今后疫苗的研發(fā)及防治提供理論依據(jù)。